Расчет поршневого пальца.Размеры пальца, влияющие на массогабаритные параметры поршня и шатуна, в начале определяют по статическим данным (табл.4.10), а затем в результате проверочных расчетов.

Таблица 4.10.

Основные размеры поршневого пальца

Параметр	Двигатели
пальца	карбюраторные	дизельные
Наружный диаметр dн	(0,25...0,3)D	(0,3...0,4)D
Внутренний диаметр dв	(0,65...0,75) dн	(0,5...0,7) dн
Длина пальца п плавающего закрепленного	(0,78...0,88)D (0,88…0,93)D	(0,8...0,9) dн (0,88…0,93)D

Расчет поршневого пальца включает определения удельных давлений пальца на втулку верхней головки шатуна, на бобышки, а также напряжений от изгиба, среза и овализации.

Максимальные напряжения в пальцах карбюраторных двигателей возникают при работе на режиме максимального крутящего момента n = n_Т, T_к = T_emax, а в пальцах дизелей – при работе на режиме номинальной мощности P_e = P_eн, n = n_н.

Расчетные силы, действующие на палец во втулке верхней головки шатуна F_в.г. и в бобышках поршня F_б :

F_в.г. = F_г + F_jп.г., МН; (4.62)

F_б. = F_г + К_п F_jп.г., МН ,

где F_г − сила давления газов при вспышке , МН; F_jп.г. − сила инерции от массы поршневой группы m_п.г., действующая на втулку шатуна, MH; К_п − коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца: для карбюраторных двигателей К_п = 0,76...0,86; для дизелей К_п = 0,68...0,81.

Для карбюраторных двигателей:

F_г = p_{z max}  A_п, МН; (4.63)

F_jп.г. = - m_п.г. ²_Т R(1 + )10^-6, MH , (4.64)

где p_{z max} − максимальное давление газов на режиме максимального крутящего момента, MПа; m_п.г. − масса поршневой группы, кг; с^-1 − угловая скорость коленчатого вала на режиме максимального крутящего момента при n_м = (0,4...0,6)n_N;

для дизелей:

F_г = p_zN  A_п, МН; (4.65)

F_jп.г. = − m_п.г. ²_N R(1 + )10^-6, MH,

где p_zN − максимальное давление газов на номинальном режиме, МПа; _N − угловая скорость коленчатого вала на режиме номинальной мощности, с^-1.

Расчет удельных давлений поршневого пальца:

а) удельное давление пальца на втулку верхней головки шатуна q_ш:

, (4.66)

где d_н − наружный диаметр поршневого пальца; l_ш − длина опорной поверхности пальца во втулке верхней головки шатуна, м; [q_ш] − допустимые удельные давления поршневого пальца во втулке верхней головки шатуна, МПа;

б) удельные давления пальца на бобышке поршня q_б:

, (4.67)

где l_п − общая длина пальца, м; b − расстояние между торцами бобышек , м; q_б − допустимые удельные давления поршневого пальца в бобышках поршня, МПа.

Допустимые значения [q] для поршневых пальцев:

для карбюраторных двигателей − [q_ш] = 25...35 МПа; [q_б] = 20...30 МПа;

для дизелей − [q_ш] = 40...50 МПа; [q_б] = 30...35 Мпа.

Наибольшее напряжение изгиба _из в среднем сечении по длине

(4.68)

где  − отношение внутреннего диаметра пальца к наружному,

 = d_в/d_н. (4.69)

Допускаемые нормальные напряжения при изгибе [_из] = 120...250 МПа.

Касательные напряжения среза в сечениях между бобышкой поршня и головкой шатуна 

. (4.70)

Допускаемые касательные напряжения [] = 60...250 МПа.

Наибольшее увеличение горизонтального внешнего диаметра пальца в средней части от овализации d_max, мм

, (4.71)

где Е – модуль упругости материала пальца, МПа (для стали Е =(2,0...2,3)10⁵ МПа); l_п − длина пальца, мм; К – поправочный коэффициент .

Значения d_max не должны превышать 0,001d_н или d_max = 0,02...0,05 мм.

Напряжения, возникающие при овализации пальца, на наружной поверхности пальца в гори-

Рис.4. 11. Расчетная схема зонтальной плоскости ( = 0, точка 1,см. рис

пальца 4.11).

, (4.72)

на внутренней поверхности в горизонтальной плоскости ( = 0, точка 2)

. (4.73)

На наружной поверхности в вертикальной плоскости ( = 90, точка 3) см. рис. 4.11.

(4.74)

На внутренней поверхности в вертикальной плоскости ( = 90, точка 4, см. рис. 4.11)

(4.75)

Наибольшее напряжение овализации возникает на внутренней поверхности пальца в горизонтальной плоскости (точка 2 на рис.4.11 ). Эти напряжения не должны превышать 300...350 МПа.

Монтажный зазор между пальцем и бобышкой поршня в холодном состоянии :

 =  + (_п.п. t_п.п. − _б t_б) d_н  [], (4.76)

где _п.п., _б − коэффициенты линейного расширения материалов поршневого пальца и бобышки;  − зазор между пальцем и бобышками поршня в горячем состоянии;  = (0,05...0,001)d_н (для плавающего пальца  = 0,001d_н); t_п.п., t_б − разность температур в холодном и горячем состояниях соответственно пальца и бобышек; по экспериментальным данным, t_п.п., = 100...120 С, t_б = 120...140 С; []  допустимый монтажный зазор: для алюминиевого поршня [] = (-0,01)...(+0,02) мм; для чугунного поршня [] = 0,02...0,04 мм.